Lithium Orbital Hybridization Chemistry to Stimulate Oxygen Redox with Reversible Phase Evolution in Sodium-Layered Oxide Cathodes

化学 插层(化学) 氧化还原 锂(药物) 阴极 氧气 氧化物 无机化学 电化学 析氧 离子 有机化学 电极 物理化学 医学 内分泌学
作者
Haojie Dong,Haoliang Liu,Yu‐Jie Guo,Yi‐Hu Feng,Xu Zhu,Shaowen Xu,Fengxiang Sui,Lianzheng Yu,Mengting Liu,Jin‐Zhi Guo,Ya‐Xia Yin,Bing Xiao,Xing‐Long Wu,Yu‐Guo Guo,Pengfei Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (32): 22335-22347 被引量:52
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04814
摘要

Searching for high energy-density electrode materials for sodium ion batteries has revealed Na-deficient intercalation compounds with lattice oxygen redox as promising high-capacity cathodes. However, anionic redox reactions commonly encountered poor electrochemical reversibility and unfavorable structural transformations during dynamic (de)sodiation processes. To address this issue, we employed lithium orbital hybridization chemistry to create Na-O-Li configuration in a prototype P2-layered Na43/60Li1/20Mg7/60Cu1/6Mn2/3O2 (P2-NaLMCM') cathode material. That Li+ ions, having low electronegativity, reside in the transition metal slabs serves to stimulate unhybridized O 2p orbitals to facilitate the stable capacity contribution of oxygen redox at high state of charge. The prismatic-type structure evolving to an intergrowth structure of the Z phase at high charging state could be simultaneously alleviated by reducing the electrostatic repulsion of O-O layers. As a consequence, P2-NaLMCM' delivers a high specific capacity of 183.8 mAh g-1 at 0.05 C and good cycling stability with a capacity retention of 80.2% over 200 cycles within the voltage range of 2.0-4.5 V. Our findings provide new insights into both tailoring oxygen redox chemistry and stabilizing dynamic structural evolution for high-energy battery cathode materials.
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